Chapter 3 實驗內容與儀器介紹
3.2 薄膜製程儀器
3.2.1
熱阻式蒸鍍機
熱蒸鍍技術原理上是以高溫來熔融靶材，由固態直接昇華到氣態。
氣態的靶材分子或原子，因得到熱能而被加速通過真空腔體，在基板 上凝結沉積成薄膜。在此過程中，真空是一個非常重要的條件。若是 腔體中充滿了空氣分子，將會使靶材原子在行進過程被氣體分子不斷 的碰撞，撞離原本該行進的方向。如此一來，大多數的靶材原子將無 法到達基板的表面，也就沒辦法生成薄膜了。而熱蒸鍍技術中的熱阻 式加熱法則是使大電流通過一個連接靶材的電阻器，利用電阻器產生 的高溫來昇華靶材材料。其中電阻器熔點需比蒸鍍源材料高，以免電 阻絲因過熱而熔斷，且需避免互熔為合金。
3.2.2
射頻磁控濺鍍機
3.2.2.1 基本原理
濺射法屬於物理氣相沉積的一種，所謂「濺射」是指荷能粒子轟 擊固體表面(靶)，使固體原子(或分子)從表面射出的現象。這些被濺 射出來的原子帶有一定的動能與方向性，應用這一個現象將被濺射出 來的原子物質沉積到基片或工件表面形成薄膜的方法因此而被稱為
「濺射(鍍膜)法」。用於轟擊靶的荷能粒子可以是電子、離子或中性 粒子，因為離子在電場下較容易加速並且獲得動能，因此大多採用離 子作為轟擊粒子，該離子又被稱為入射離子，而整個濺射過程都是建 立在輝光放電的基礎之上，輝光放電的產生則是源於真空度約為 10 Pa 至 1 Pa 的稀薄氣體中，兩個電極之間加上電壓時所產生的一種穩
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定的自持放電[6]。
3.2.2.2 射頻濺射
在濺射靶上加的射頻電壓類的濺射稱為射頻濺射。普遍來說，在 濺射中使用的高頻電源頻率屬於射頻範圍，其頻率區間為 5 MHz 到 30 MHz 之間。國際上通常採用的射頻頻率多為美國聯邦通訊委員會 (FCC)建議的 13.56 MHz。
在射頻電場的作用下，電子在被陽極吸收之前，能在陰極與陽極 之間的空間來回震盪，因而有更多的機會與氣體分子產生碰撞電離，
因此射頻濺射可以在低氣壓(低到2 × 10−2 𝑃𝑃𝑎𝑎)下進行。射頻濺射的主 要特點為可以濺射任何材料，包括導體、半導體和絕緣體材料作的靶。
這主要是因為在絕緣靶表面上建立起負偏壓的緣故[6]。
3.2.2.3 磁控濺射
磁控濺射的原理如圖 3-5 所示，濺射產生的二次電子在陰極位降 區內被加速成為高能電子，但他們並不能直接飛往陽極，而是在電場 和磁場的聯合作用下進行類似擺線的運動。在運動中高能電子不斷地 與氣體分子發生碰撞，將能量轉移給氣體，使氣體電離，而電子本身 就成為了低能電子。這些低能電子沿磁力線飄移至陰極附近的輔助陽 極而被吸收，因此能夠避免高能電子對工件或基板的強烈轟擊。由於 在磁控濺射中引入正交電磁場，電子要經過大約上百米的飛行才能到 達陽極，碰撞頻率大約為 107s-1，因此磁控濺射的電離效率高。使氣 體的離化率提高了 5%至 6%[6]。
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圖 3-5 磁控濺射原理圖[6]。
3.2.3
電子槍金屬蒸鍍系統
電子槍蒸鍍系統的操作是在高真空環境下，將所要蒸鍍至元件的 材料以高熔點金屬材料所製成的載缽（boat）或坩堝盛裝。用電子束 轟擊加熱，使原子熔化蒸發，讓原子蒸氣到達並且附著於元件形成薄 膜。本文所使用之電子束蒸鍍系統的型號為 AST Peva 600I。
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